1、模擬實驗三三極管及其放大電路一.實驗目的1 .對晶體三極管（3DG6、9013）、場效應管（3DJ6G）進行實物識別，了解它們的命名方法和主要技術指標。2 .學習用數字萬用表、模擬萬用表對三極管進行測試的方法。3 .用圖3-10提供的電路，對三極管的3值進行測試。4 .學習共射、共集電極（*）、共基極放大電路靜態工作點的測量與調整，以及參數選取方法，研究靜態工作點對放大電路動態性能的影響。5 .學習放大電路動態參數（電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻、最大不失真輸出電壓）的測量方法。6 .調節CE電路相關參數，用示波器觀測輸出波形，對飽和失真和截止失真的情況進行研究。7 .用Multisim軟件

2、完成對共射極、共集電極、共基極放大電路性能的分析，學習放大電路靜態工作點的測試及調整方法，觀察測定電路參數變化對放大電路的靜態工作點、電壓放大倍數及輸出電壓波形的影響。加深對共射極、共集電極、共基極基本放大電路放大特性的理解。二.知識要點1 .半導體三極管半導體三極管是組成放大電路的核心器件，是集成電路的組成元件，在電路中主要用于電流放大、開關控制或與其他元器件組成特殊電路等。半導體三極管的種類較多，按制造材料不同有硅管、錯管、神化錢管、磷化錢管等；按極性不同有NPN型和PNP型；按工作頻率不同有低頻管、高頻管及超高頻管等；按用途不同有普通管、高頻管、開關管、復合管等。其功耗大于1W的屬于大功

3、率管，小于1W的屬于小功率管。半導體三極管的參數主要有電流放大倍數3極間反向電流Iceo、極限參數（如最高工作電壓Vcem、集電極最大工作電流Icm、最高結溫TjM、集電極最大功耗Pcm）以及頻率特性參數等。有關三極管命名、類型以及參數等可查閱相關器件手冊。下面給出幾種常用三極管的參數舉例如表3-01所示：表3-01幾種常用三極管的參數參數PcM(mW)IcM(mA)Vbrcbo(V)Icbo(gAhFEfT(MHz)極性3DG100D1002040140.01NPN3DG200A10020150.1252700.01NPNCS9013H400500250.5144150NPNCS9012H6

4、00500250.5144150PNP參數Vp(V)Idssgm(mA/V)PDM(mW)gs(Q)fM3DJ6G-936.5110010830N溝道2 .半導體三極管的識別與檢測半導體三極管的類型有NPN型和PNP型兩種。可根據管子外殼標注的型號來判別是NPN型，還是PNP型。在半導體三極管型號命名中，第二部分字母A、C表示PNP型管；B、D表示NPN型管；而A、B表示鑄材料；C、D表示硅材料。另外，目前市場上廣泛使用的90119018系列高頻小功率9012、9015為PNP型，其余為NPN型。半導體三極管的型號和命名方法，與半導體二極管的型號及命名方法相同，詳見康華光第四版P44頁附錄或者

5、參考有關手冊。（1）三極管的電極和類型判別1）直觀辨識法。半導體三極管有基極（B）、集電極（C）和發射極（E）三個電極，如圖3-11所示，常用三極管電極排列有E-B-C、B-C-E、C-B-E、E-C-B等多種形式。2）特征辨識法。如圖3-01所示，有些三極管用結構特征標識來表示某一電極。如高頻小功率管3DG12、3DG6的外殼有一小凸起標識，該凸起標識旁引腳為發射極；金屬封裝低頻大功率管3DD301、3AD6C的外殼為集電極等。3ADRC圖3-11三極管結構特征標識極性3）萬用表歐姆檔判別法如圖3-12所示，選用指針式萬用表歐姆檔RXlk檔。首先判定基極b方法：用萬用表黑表筆碰觸某一極，再用

6、紅表筆依次碰觸另外兩個電極，并測得兩電極間阻值。若兩次測得電阻均很小（為PN結正向電阻值），則黑表筆對應為基極且此管為NPN型；或者兩次測得電阻值均很大（為PN結反向電阻值），但交換表筆后再用黑筆去碰觸另兩極，也測量兩次，若兩次阻值也很小，則原黑表筆對應為管子基極，且此管為PNP型。注意：指針式萬用表歐姆檔時，黑表筆則為正極，紅表筆為負極；這與數字式萬用表不同。圖3-12萬用表歐姆檔判別法其次，判別集電極和發射極。其基本原理是把三極管接成基本放大電路，利用測量管子的電流放大倍數值3的大小，來判定集電極和發射極。以NPN管為例說明，如圖3-12b所示，基極確定后，不管基極，用萬用表兩表筆分別接另

7、兩電極，用100k的電阻一端接基極，電阻的另一端接萬用表黑表筆，若表針偏轉角度較大，則黑表筆對應為集電極，紅表筆對應為發射極。也可用手捏住基極與黑表筆（但不能使兩者相碰），以人體電阻代替100k電阻的作用（對于PNP型，手捏紅表筆與基極）。上面這種方法，實質上是把三極管接成了正向偏置狀態，若極性正確，則集電極有較大電流。（2）硅管、錯管的判別根據硅材料PN結正向電阻較錯材料大的特點，可用萬用表歐姆RX1k檔測定，若測得PN結正向阻值約為310k則為硅材料管；若測得正向阻值約為501kQ,則為錯材料管。或測量發射結（集電結）反向電阻值，若測得反向阻值約為500k，則為硅材料管；若測得反向阻值約為

8、100kQ,則為錯材料管。3 .三極管場效應管放大電路共射極放大電路既有電流放大作用，又有電壓放大作用，故常用于小信號的放大。改變電路的靜態工作點，可調節電路的電壓放大倍數。而電路工作點的調整，主要是通過改變電路參數（Rb、Rc）來實現。（負載電阻Rl的變化不影響電路的靜態工作點，只改變電路的電壓放大倍數。）該電路信號從基極輸入，從集電極輸出。輸入電阻與相同材料的二極管正向偏置電阻相當，輸出電阻較高，適用于多級放大電路的中間級。共集電極放大電路信號由晶體管基極輸入，發射極輸出。由于其電壓放大倍數Av接近于1,輸出電壓具有隨輸入電壓變化的特性，故又稱為射極跟隨器。該電路輸入電阻高，輸出電阻低，適

9、用于多級放大電路的輸入級、輸出級，還可以作為中間阻抗變換級。共基極放大電路信號由晶體管發射極輸入，集電極輸出。其電流放大倍數Ai接近于1但恒小于1,（又叫電流跟隨器），電壓放大倍數Av共射極放大器相同，且輸入電壓與輸出電壓同相。其輸入電阻低，只有共射放大電路的1/（1+3）倍，輸出電阻高，輸入端與輸出端之間沒有密勒電容，電路頻率特性好，適用于寬帶放大電路。下面以圖3-13基本共射放大電路為例進行說明。圖3-13基本共射放大電路（固定偏置式）（1）放大電路靜態工作點的測量和調試由于電子元件性能的分散性很大，在制作晶體三極管放大電路時，離不開測量和調試技術。在完成設計和裝配之后，還必須測量和調試放

10、大電路的靜態工作點及各項指標。一個優質的放大電路，一個最終的產品，一定是理論計算與實驗調試相結合的產物。因此，除了熟悉放大電路的理論設計外，還必須掌握必要的測量和調試技術。放大電路的測量和調試主要包括放大電路靜態工作點的測量和調試、放大電路各項動態指標的測量和調試、消除放大電路的干擾和自激等。在進行測試之前，務必先檢查三極管的好壞，并確定具體的3值。1）靜態工作點Q的測量放大電路靜態工作點的測量是在不加輸入信號（即VI=0）的情況下進行的。靜態工作點的測量是指三極管直流電壓Vbeq、Vceq和電流Icq的測量。應選用合適的直流電壓表和直流毫安表，分別測量三極管直流電壓Vbeq、Vceq和Icq

11、。為了避免更改接線，采用電壓測量法來換算電流。，r,VCC-VVCC-Vceq例如，只要測出實際的Rb、Rc的阻值，即可由Ibq=2；Icq=BIbq；（或Icq=二）BQCQBQCQRbRc提示：在測量各電極的電位時最好選用內阻較高的萬用表，否則必須考慮到萬用表內阻對被測電路的影響。2）靜態工作點的調整測量靜態工作點ICQ和Vceq的目的是了解靜態工作點的設置是否合適。若測出Vceq<0.5V,則說明三極管已進入飽和狀態；如果VceVCC,則說明三極管工作在截止狀態。對于一個放大雙極性信號（交流信號）的放大電路來說，這兩種情況下的靜態偏置都不能使電路正常工作，需要對靜態工作點進行調整。

12、如果是出現測量值與選定的靜態工作點不一致，也需要對靜態工作點進行調整。否則，放大后的信號將出現嚴重的非線性失真和錯誤。通常，VCC、Rc都已事先選定，當需要調整工作點時，一般都是通過改變偏置電阻Rb來實現。應當注意的是.如果偏置電阻Rb選用的是電位器，在調整靜態工作點時，若不慎將電位器阻值調整過小（或過大），則會使Ic過大而燒壞管子，所以應該用一只固定電阻與電位器串聯使用。圖3-18電路中是用Rb1和電位器Rb2串聯構成Rb。(2) 大電路的動態指標測試放大電路的主要指標有電壓放大倍數Av、輸入電阻R、輸出電阻Ro,以及最大不失真輸出電壓VO(max)等。在進行動態測試時，各電子儀器與被測電路

13、的連接如圖3-14所示。實驗電路則如后面的圖3-18所示。圖3-14實驗電路與各測試儀器的連接VOAv=°VIICQ偏小時，放大電路容易產生截止失(a)VO易出現飽和失真(b)VO易出現截止失真(c)VO波形上下半周同時出現失真+%一信號源放大電路提示：為防止干擾，各儀器的公共接地端與被測電路的公共接地端應連在一起。同時，信號源、毫伏表和示波器的信號線通常都采用屏蔽線，而直流電源VCC的正、負電源線可只需普通導線即可。(1)電壓放大倍數Av的測量輸入信號選用1KHz、約5mV的正弦交流信號，用示波器觀察放大電路輸出電壓VO的波形，在輸出信號沒有明顯失真的情況下，用毫伏表測得VO和VI

14、,于是可得(2)最大不失真輸出電壓的測量放大電路的線性工作范圍與三極管的靜態工作點位置有關。當真；而Icq偏大時，則容易產生飽和失真。需要指出的是，當Icq增大時，VO波形的飽和失真比較明顯,波形下端出現“削底”，如圖3-15a所示。而當Icq減小時，VO波形將出現截止失真，如圖3-15b所示，波形上端出現“削頂”當放大電路的靜態工作點調整在三極管線性工作范圍的中心位置時，若輸入信號3-15(c)所示。此時，用VI過大，VO的波形也會出現失真，上下同時出現“削頂”和“削頂”失真，如圖毫伏表測出VO的幅度，即為放大電路的最大不失真輸出電壓Vo(max)。(3) 輸入電阻Ri的測量輸入電阻的測量電

15、路如圖3-16所示。圖3-16測量輸入電阻的電路放大電路的輸入電阻：Ri=IiRs(可取510Q),見圖3-16所示，通過毫伏表分別測出在放大電路的輸入端串聯一只阻值已知的電阻Rs兩端對地電壓，求得Rs上的壓降(Vs-Vi),則：Ii=(VS_Vi)/RS所以有cViViVicRi=RsIiVsViVs-ViRs通過測量Vs和Vi來間接地求出Rs上的壓降，是因為Rs兩端沒有電路的公共接地點。若用一端接地的毫伏表測量，會引入干擾信號，以致造成測量誤差。(4) 輸出電阻的測量放大電路的輸出端可看成有源二端網絡。如圖3-17所示。d+%一6信號源圖3-17測量輸出電阻的電路用毫伏表測出不接Rl時的空

16、載電壓Vo,和接負載Rl后的輸出電壓Vo,即可間接地推算Ro的大小:Vo/RlVo-1Rl。(5)放大電路頻率特性的測量放大電路頻率特性是指放大電路的電壓放大倍數Av,與輸入信號頻率之間的關系。Av隨輸入信號頻率變化下降到0.707Av。時所對應的頻率定義為下限頻率fL和上限頻率fH,通頻帶為fBW=fH-fL°上、下限頻率可用以下方法測量：先調節輸入信號Vi使頻率為1kHz;調節Vi幅度，使輸出電壓Vo幅度為1V。保持Vi幅度不變，增大信號Vi的頻率，Vo幅度隨著下降，當Vo下降到0.707V時，對應的信號額率為上限頻率彩；保持Vi幅度不變，降低Vi頻率，同樣使V。幅度下降到0.7

17、07V時，對應的信號頻率為下限頻率fL。(6)觀察截止失真、飽和失真兩種失真現象測量電路如圖3-18所示，在|cq=3.0mA,Rl=°°情況下，增大輸入信號，使輸出電壓保持沒有失真，然后調節電位器Rb2阻值，改變電路的靜態工作點，使電路分別產生較為明顯的截止失真與飽和失真，測出產生失真后相應的集電極靜態電流。做好相應的實驗記錄。圖3-18共射放大電路舉例Opri11DpcppoISCIChBNMi.*0m7Ch»tfBl'onievqvv$9MVHJIH«V5|研KddXpMdiMlIfE3ylw1|¥pe4tatt|l>c|j

18、cJ|5F療THMif陽了包伍j圖3-19共射放大電路對應的三個仿真電路圖X£C1圖3-21單管共射極放大電路三.實驗內容1 .查閱手冊并測試晶體三極管（3DG100D、CS9013）、場效應管（3DJ6G）的參數，記錄所查和所測數據。2 .用晶體三極管3DG100D或CS9013組成如圖3-21所示單管共射極放大電路，通過改變電位器R2,使得Vce為4V,測量此時Vceq、Vbeq、%的值，計算放大電路的靜態工作點Q對應的三個參數值。3 .在下列兩種情況下，測量放大電路的電壓放大倍數和最大Av不失真輸出電壓VOmax°RL=R4=8（開路）RL=R4=10kQo建議：最初使用IKHis5mV的正弦信號作為輸入信號進行測試；然后改變輸入信號的幅值，使用雙蹤顯示方式同時顯示VI與VO,進行監視，盡量選擇較大幅度的正弦信號作為放大器的VI,在保證VO波形不失真的條件下進行測量。（若VO波形失真，所測動態參數就毫無意義）表3-09靜態數據記錄表實測值實測計算值Vce(V)Vbe(V)Rb(KQ)VCEQ(V)Ibq(rA)Icq(mA表3-10測Av的記錄表實測值理論估算值實測計算值Vi(mVVo(mVAvAv4.觀察飽和失真和截止失真，并測出相應的集